用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统和方法

专利名称：用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及用于生物质和其它碳基材料的构成精炼(constituent rendering)的系统和方法。更具体地，本发明涉及通过使用熔融重金属(例如为铅，但不限于铅)对生物质和其它碳基材料进行热增强以构成精炼的系统和方法。
背景技术：
生物质通常被视为能够转换为燃料的有机物质。生物质的实施例可以为烃基材料，诸如橘子皮、咖啡渣、剪草、报纸、聚丙烯绳、塑料、轮胎、煤炭、庭院废弃物、玻璃纤维、 黑莓藤、木材、砍伐废弃物、垃圾和污泥。如本领域所公知的，在不存在氧的情况下加热生物质(称为热解的处理)能够将生物质还原为其构成成分。在一个实施例中，对轮胎的热解能够将轮胎分解成其构成成分， 包括钢、炭黑和油。在另一个实施例中，对木材的热解能够将木材分解成构成成分，包括轻油、特性与石油气类似的气体以及灰。所提出的加热生物质以用于热解的常规系统和方法要求批量处理生物质，从而降低了系统的效率。因此，在本技术领域中对于生物质和其它碳基材料的构成精炼的高效的系统和方法存在需求。

发明内容
依照本发明的用途，如本文中具体表达和宽泛描述的，在一个方案中，本发明涉及用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统。在另一个方案中，系统能够被配置为接收待精炼成其构成成分的原材料，将原料研磨成期望的尺寸和/或稠度，并且在压力室内将原料放置为与热混合物热传递介质相接触。在又一个方案中，原料的热解可使得原料分解成作为气体能够被收集、作为液体流出、经过滤、去磁和/或热混合物传递介质的撇取的作为至少一种构成成分。在一个方案中，压力室可被增压，密封的容器被配置为用于将热混合物传递介质的量或池保持在预定温度和压力处。在另一个方案中，压力室可限定用于接收来自原料输入系统的原料的原料输入端口和被配置为收集作为气体的原料构成成分的至少一个气体输出端口。在另一个方案中，压力室可以具有用于收集作为固体的灰和/或原料构成成分的灰捕集器。任选地，在一个方案中，压力室可以包括至少一个喷洒头，所述喷洒头被配置为在压力室内喷洒热混合物传递介质。在又一个方案中，压力室可以包括至少一个热混合物泵，所述热混合物泵被配置为通过压力室的至少部分和/或通过存在的至少一个喷洒头来循环热混合物传递介质。
根据另一方案，原料输入系统可以包括被配置为研磨原料的至少一个研磨台。至少一个研磨台可以包括多个研磨台，在一个方案中，研磨台可以被顺序地布置为使得原料能够从一个研磨台传递到下一个，直到达到期望的原料尺寸和/或稠度。任选地，原料输入系统可以进一步包括压缩门，所述压缩门允许原料提供给压力室，而不允许不可接受水平的氧气进入压力室。在一个方案中，热混合物传递介质可以包括具有相对高的比重的熔融重金属，例如为铅，但不限于铅。铅具有大约11. 8的比重，因此具有小于11. 8的比重的原料的任何构成成分能够漂浮在包括熔融铅的热混合物中。因此，在该实施例中，仅具有比大约11. 8大的比重的原料构成成分将沉落，例如任何重的贵金属。用于系统的原料可以为任何生物质和/或其它碳基材料。在一个方案中，原料可以包括木材或砍伐废弃物，例如木屑等。在其它各种方案中，可构思的是，原料可以包括油砂、油页岩、高灰分煤和/或碳氢化合物的其它类似污染源。本发明的另外的优点的部分将从随后的详述中进行阐述，部分将从详述中显知， 或者可通过本发明的实践获知。将借助于尤其在所附的权利要求中指出的元件和组合来实现和获取本发明的优点。应当理解的是，前面的一般性描述和随后的详细描述均仅为示例性和说明性的，而不是对所要求的本发明进行限制。


并入说明书并构成本说明书的一部分的附示了本发明的多个方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。图1为根据一个实施方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图2为图1的系统的剖面端视图。图3A为根据一个方案的图1中的系统的原料输入系统的剖面侧视图。图;3B为根据一个方案的图3A中的系统的原料输入系统的螺旋钻螺纹的剖面侧视图。图4为根据一个方案的图3的原料输入系统的压缩门的剖面侧视图，该图示出了处于打开位置的压缩门。图5为根据一个方案的图3的原料输入系统的压缩门的剖面侧视图，该图示出了处于阻塞位置的压缩门。图6为根据一个方案的图5的压缩门的阻塞板的分解装配图。图7为根据一个方案的图3的原料输入系统的压缩门的剖面侧视图，该图示出了处于闭合位置的压缩门。图8A为根据一个方案的图7的压缩门的凹口(throat)的前视图。图8B为根据一个方案的图7中的压缩门的凹口的剖面侧视图。图9为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图10为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。
图11为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图12为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图13为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图14为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图15为根据一个方案的图9的加工螺旋钻的侧面正视图。图16A为根据一个方案的图13的加工螺旋钻的侧面正视图。图16B和图16C为根据各个方案的沿着线B-B截取的图16A的加工螺旋钻的剖面端视图。图17A、17B、18A、18B、19A和19B为根据各个方案的示出了至少一个勺的加工螺旋钻的侧面正视图。图20A为根据一个方案的图13的系统的一部分的剖面端视图。图20B为根据一个方案的图12的系统的一部分的剖面端视图。图21为根据一个方案的用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统的剖面侧视图。图22为根据一个方案的加工螺旋钻的侧面正视图。图23示出了表示精炼生物质和其它碳基材料的构成的步骤的示例性流程图。
具体实施例方式通过参照下面的详细描述、附图和权利要求以及它们之前和随后的描述可以更加易于理解本发明。然而，在公开和描述本发明的装置、系统和/或方法之前，应当理解的是， 除非特别指出，本发明不限于所公开的特定装置、系统和/或方法，因此当然可以对本发明进行变型。还要理解的是，本文使用的术语仅为了描述特定方案的目的，而不旨在限制。如说明书和随附的权利要求中使用的，除非上下文明确地指示，否则单数形式的 “一个”和“所述”包括多个指代物。因此，例如，除非上下文指示，对“喷洒头”的指代可以包括两个或更多个这样的喷洒头。在本文中范围可被表示为从“大约”一个特定值，和/或到“大约”另一个特定值。 当这样的范围被表示时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当利用前述词“大约”将值表示为近似值时，将理解为，特定值形成了另一实施方案。将进一步理解的是，每个范围的端点无论是与另一端点相关还是独立于另一端点均是重要的。如本文使用的，术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情形可以发生或可以不发生，而且，描述包括所述事件或情形发生的实例以及所述事件或情形不发生的实例。现在将详细结合本发明的优选方案，在附图中阐释了所述方案的实施例。在附图中相同的附图标记尽可能地用于指代相同或相似的部件。
在一个方案中，提供系统100，以用于生物质和其它碳基材料的构成精炼。在一个实施方案中，系统可以包括如下部件中的至少一个压力室200、原料输入系统300、至少一个热源400和热混合物热传递介质(“热混合物”)500。在各个方案中，系统可以进一步包括至少一个喷洒头600和/或加工螺旋钻230。参照图1，在一个方案中，压力室200可以为被增压的密闭容器，其被配置为用于将热混合物的量或池保持在预定温度和压力处。在另一个方案中，压力室可以限定密闭的内部容积。在该方案中，密封的内部容积可足以用作充气增压器来吸收当原料320被导入热混合物500的池中时迅速产生的气体322，下面将更加完整地描述。在另一方案中，压力室可以包括如下部件中的至少一个灰捕集器206、维修端口 208和至少一个热混合物泵 210。在又一个方案中，压力室可以限定原料输入端口 202、至少一个气体输出端口 204、和/ 或与热混合物排泄阀205连通的排泄端口，所述热混合物排泄阀被配置为允许选择性排泄来自压力室200的热混合物500。在又一方案中，压力室还可以限定其它各个端口，这些端口被配置为根据需要从压力室中排泄液体以及撇取或以其它方式去除任何固体。在另一方案中，压力室可以进一步包括至少一个温度传感器270和/或至少一个压力传感器272。在该方案中，至少一个压力传感器可以将表示压力室200内的压力的反馈信号发送到用于控制压力的器件(例如，处理器、执行器和阀等)。类似地，至少一个温度传感器270可以将表示压力室200内的温度的反馈信号发送到用于控制温度的器件(例如， 处理器和热源等)。在一个方案中，原料输入端口 202和至少一个气体输出端口 204可以为限定在压力室的表面中的开口。在另一方案中，原料输入端口和至少一个气体输出端口可以位于压力室200中的一位置处，该位置在压力室中热混合物500的池的上表面水平502上方。在又一方案中，原料输入端口 202可以将压力室200放置为与原料输入系统300连通，下面将更加完整地描述。在另一方案中，至少一个气体输出端口 204可被配置为释放当原料320 被分解为压力室中的至少一个构成成分时生成的一种或多种气体504，以用于蒸馏和/或其它用途。如图1所示，在一个方案中，至少一个热混合物泵210可以为常规的 Archimedes (阿基米德)螺纹型泵，但是还可以构思其它类型的泵。在另一方案中，至少一个热混合物泵的至少部分可被放置到热混合物500的池中，从而在压力室200的至少部分内循环热混合物。任选地，在其它方案中，至少一个热混合物泵210可以通过热混合物分配系统602将热混合物泵送到至少一个喷洒头600。在又一方案中，至少一个热混合物泵可以包括常规的泵电动机212和多个冷却散热片214，这是本技术领域公知的。当原料320被输入到压力室200中并且通过热解进行分解时，如下面更加完整描述的，少量的原料能够保留为灰。在一个方案中，由于至少一个热混合物泵210在压力室内循环热混合物500，能够生成电流，电流能够将灰传送到压力室的安装有灰捕集器206的端。在另一方案中，灰捕集器可以包括贮藏器209和多个灰阀216、217。在又一方案中，灰捕集器可被放置为通过限定在压力室200的壁中的撇取器开口 207与压力室的内部容积连通。在另一方案中，多个灰阀中的每个灰阀可正常地保持在闭合位置，从而防止灰、压力和 /或任何其它材料离开压力室200。在又一方案中，限定在压力室的壁中的撇取器开口 207 可以定位在压力室200中的热混合物500的池的上表面水平502略上方的水平处。
在使用时，经过一定时间，可收集足够的灰，使得灰通过撇取器开口 207溢出进入灰捕集器中并且能够存储在贮藏器209中。在另一方案中，在灰被收集到贮藏器中时，能够通过选择性地致动多个灰阀216、217中的一个或多个来清空贮藏器。可构思的是，多个灰阀可以根据需要按顺序地或不按顺序打开。在一个示例性方案中，多个灰阀中的第一灰阀 216可循环打开，从而允许灰和/或其它材料在第一灰阀闭合之前降落到多个灰阀之间的空间中。在该示例性方案中，多个灰阀中的第二灰阀217随后可以循环打开，从而允许灰和 /或其它材料在第二灰阀闭合之前从系统100中去除。在又一方案中，由于压力室200可以在升高的压力下运行，下面将更加完整地描述，升高的压力可趋于阻止空气在多个灰阀中的最后一个灰阀闭合之前进入多个灰阀中的最后一个灰阀。根据一个方案，图2中可看到原料输入系统300。在该方案中，原料输入系统包括如下部件中的至少一个供给螺旋钻电动机301、原料漏斗302、螺旋钻螺纹304、至少一个研磨台306、压缩门308和再研磨台314。在一个方案中，原料漏斗能够将粗糙的原材料320 供给到螺旋钻螺纹。在另一方案中，供给螺旋钻电动机301可以为被配置为转动螺旋钻螺纹304的常规电动机。在另一方案中，由于螺旋钻螺纹通过供给螺旋钻电动机旋转，原材料移动到被配置为将原料320研磨成较小片的至少一个研磨台306。在另一方案中，由于较小的片具有较大的表面积并且因此当与热混合物500相接触时能够有利于更加快速的热气化，因此期望较小片的原料。在又一方案中，如图2中所示，至少一个研磨台可以包括多个研磨台，多个研磨台可顺序地布置为使得原料可被传递到接连的研磨台上，直到获得期望尺寸和/或稠度的原料320。根据各个方案，图3A更加详细地示出了原料输入系统300，图更加详细地示出了原料输入系统的螺旋钻螺纹304。在另一方案中，至少一个研磨台306包括限定多个铸模 (die)开口 315的静止铸模313，多个铸模开口 315可与螺旋钻供料管316附接。在另一方案中，至少一个研磨台进一步包括旋转铸模317，旋转铸模317被附接至与静止铸模313的下游侧相邻并且在静止铸模313的下游侧上的螺旋钻螺纹304的轴305。如同静止铸模， 旋转铸模可以限定多个铸模开口。在该方案中，在原料输入系统的螺旋钻螺纹旋转时，原料 320可挤压静止铸模，并且原料中的一些可被挤压而通过静止铸模的铸模开口 315。在另一方案中，被挤压而通过静止铸模的铸模开口的原料的至少部分还被被挤压通过旋转铸模 317的铸模开口，剪断原料并且制成了经研磨的原料。如图2和图3A中所示，在至少一个研磨台306的下游侧处，根据一个方案，可存在由螺旋钻管316和压缩门308界定的压缩区310。在另一方案中，压缩区可以为螺旋钻管的在螺旋钻螺纹304上缺少螺旋钻刀片的相对长度的段。在该方案中，当压缩门闭合(如下面要描述)并且螺旋钻螺纹将原料320挤入压缩区中时，压缩区310可变为以固体形式装有高密度原料。在又一方案中，螺旋钻螺纹304可以旋转，直到达到压缩区中的原料的期望密度，在压缩区310中形成原料塞。在另一方案中，原料塞可以基本不透气并且可以形成外部大气气体的壁垒。因此，原料塞不允许大气气体通过而进入压力室，从而有助于将压力室 200中的氧气水平保持在可接受水平处。相反地，原料塞也不允许来自压力室的气体322通过而脱离压力室进入大气中，从而有助于将压力室200中的压力保持在可接受水平处。在另一方案中，在原料塞形成之后，压缩门308随后可打开，这允许经压缩原料通过门而到达扩展区312，下面将更加完整地描述。
任选地，在另一方案中，在原料塞形成之后，具有至少一个压缩断裂应力点332的凹口 330可被插入到压缩门308中，如图7所示。根据一个方案，至少一个压缩断裂应力点可以为小的限制件，在小的限制件通过压缩门到达扩展区312时，所述小的限制件能够进一步压缩且同时引发原料塞中的断裂。图4、图5和图7示出处于各种操作状态的压缩门308。如图4所示，在一个方案中，压缩门可以被打开，以允许原料颗粒通过未受抑止的压缩门。然而，或者，在另一方案中，多个带槽阻塞板318可以插入到压缩门308中并且围绕螺旋钻螺纹304的轴305，如图 5和图6中所示，以便防止或减少被挤压而通过门的原料320的量。在又一方案中，如图7 和图8中所示，凹口 330可以具有与压缩区310相比减少的截面积并且可以插入到压缩门中以便在凹口通过压缩门时压缩并引发原料塞中的断裂。可构思的是，压缩门308可以通过手动方式或自动方式变成各种操作状态。再次参照图2和图3，在一个方案中，扩展区312可以具有比压缩区310大的截面直径，从而当被挤压而通过压缩门308进入扩展区时允许压缩原料的扩展。在另一方案中， 螺旋钻螺纹304可以挤压原料320通过扩展区到达再研磨台314，再研磨台314被配置为在原料降落到压力室200中之前减小原料颗粒尺寸。在又一方案中，再研磨台可以与之前描述的至少一个研磨台306基本相同。在另一方案中，再研磨原料随后可通过重力供给、传送、和/或挤压到压力室的原料输入端口 202。如图1所示，在一个方案中，至少一个热源400可以被配置为用于加热压力室200 的至少一部分。任选地，在另一方案中，至少一个热源400可被配置为用于加热热混合物分配系统的至少一部分，如图11所示。在另一方案中，至少一个热源可以位于压力室的外部。 在又一方案中，至少一个热源可以为常规的热源，例如电炉、气炉、煮器等。在另一方案中， 至少一个热源400可以至少部分地由热屏蔽件402封闭。在另一方案中，如图9-14所示，压力室200可以进一步包括加工螺旋钻230，加工螺旋钻被配置为在漂浮于热混合物500的池的上表面水平502上的热混合物和/或原料的池中使热混合物500循环。图15示出了一个方案，其中加工螺旋钻可以包括根部232和从根部径向向外延伸的多个刮板234。在另一方案中，刮板可以具有在刮板的下游侧上的压力面236以及在刮板的上游侧上的尾面238。在使用时，如下面更加完整描述的，在通过加工螺旋钻电动机240旋转加工螺旋钻时，螺旋钻刮板的压力面可以沿期望方向挤压热混合物 500和/或原料320。如图13和图14所示，在又一方案中，加工螺旋钻230的每个刮板234可以包括与刮板附接的至少一个勺对2。在一个方案中，至少一个勺可以附接至每个刮板的远侧边缘部分。如图16A所示，根据另一方案，至少一个勺可以附接至加工螺旋钻的每个刮板的尾面 238。或者，在另一方案中，至少一个勺242可以附接至每个刮板234的压力面236。在又一方案中，至少一个勺可以包括多个勺。例如，图16B示出了附接有两个勺的刮板234的剖视图，而图16C示出了附接有四个勺242的刮板。在另一方案中，多个勺可以围绕刮板等距间隔开，但这并不是必须的。在一个方案中，至少一个勺可大致平行于根部的纵轴线延伸，如图17A和图17B中所示。然而，在其它方案中，至少一个勺242可以与根部232的纵轴线成锐角从刮板延伸出， 如图18A、图18B、图19A和图19B中所示。
在另一方案中，至少一个勺242可以具有大致“C”或半圆形截面形状，如图16B和图16C所示。然而，在其它方案中，至少一个勺可以具有大致平面型或弓形截面形状。在又一方案中，至少一个勺242的与刮板相对的端244可被封闭，以使至少一个勺形成杯形。图 17A、图18A和图19A示出了根据一个方案具有封闭端M4的至少一个勺。或者，在另一方案中，勺端244可以打开以使至少一个勺形成桨式叶片形状。图17B、图18B和图19B示出了根据一个方案具有打开端M4的至少一个勺。可以理解的是，当加工螺旋钻230包括至少一个勺242时，勺相对于根部的定位以及封闭勺端244的存在或不存在可以改变加工螺旋钻操纵压力室200内的原料和/或热混合物500的方式。例如，如果至少一个勺被定位为使得勺端244为所述勺沿径向最靠近根部232的部分，如图18A和图18B所示，那么漂浮在热混合物的池上的任何原料都可以被推回，以放慢原料通过压力室200的进度。在另一实施例中，如果至少一个勺被定位为使得勺端为所述勺242沿径向最远离根部232的部分，如图19A和图19B中所示，那么漂浮在热混合物的池上的原料可被向前推，以加快原料通过压力室200的进度。在一个方案中，加工螺旋钻230可以定位在压力室200中，以使加工螺旋钻的根部 232与热混合物500的上表面水平502大致平行。然而，可以构思的是，加工螺旋钻230可以定位在压力室200中，以使加工螺旋钻的根部232与热混合物的上表面水平成锐角。在另一方案中，如图10、图11和图13所示，加工螺旋钻可以定位在压力室中，以使根部位于热混合物的上表面水平的上方。例如，图20A示出了根部位于热混合物的上水平上方的加工螺旋钻的剖面端视图。或者，如图9、图12和图14所示，加工螺旋钻230可以位于压力室中， 以使根部位于热混合物的上表面水平502的下方。例如，图20B示出了根部位于热混合物的上水平的下方的加工螺旋钻的剖面端视图。不考虑加工螺旋钻的根部的定位，在加工螺旋钻旋转时，多个刮板中的每个刮板234可以在上表面的下方延伸到热混合物500的池中， 以辅助热混合物的循环和/或使热混合物和原料320相接触。在另一方案中，如果存在至少一个勺M2，在加工螺旋钻旋转时，勺可至少临时地从热混合物的池中提升热混合物500 和/或原料的一部分，以进一步辅助热混合物的循环和/或使热混合物和原料320相接触。在一个方案中，输入到当前申请的构成精炼系统100中的原料320可以沉浸和/ 或覆盖到热混合物500的混合物中，所述混合物包括具有相对高的比重的熔融重金属。由于热混合物的温度引起的原料的热解可使得将原料分解成至少一个构成成分。在另一方案中，由于热混合物的比重可相对高，原料和/或原料320的构成成分可以漂浮到热混合物的池的上表面水平502。因此，具有比热混合物的比重小的比重的原料的任何构成成分将漂浮在热混合物500的上面，而具有比热混合物的比重大的比重的任何构造成分将沉落。在另一方案中，随后可以利用常规的方法将构成成分分离并且单独收集，所述常规的方法例如为排泄任何油、过滤、使钢成分去磁，以及从热混合物的池的上表面撇取出诸如玻璃、卵石等不期望的成分。在一个方案中，举例但不是限制，热混合物500可以包括铅，铅具有大约11. 8的比重(混凝土的比重大约为2. 4，而钢的比重大约为7. 9)。因此，在该实施例中，原料中的具有小于11.8的比重的任何构造成分可以漂浮在热混合物500中，并且仅具有比大约11.8 大的比重的原料构成成分(例如，任何重的贵金属)将沉落。除了高比重之外，铅在化学上相对呈惰性，具有少于九十个的天然无机和有机化合物。而且，熔点大约为623° F并且沸点大约为3，160° F，熔融的铅可以热分解大多数烃基材料。此外，液体可以为比气体好的热传递介质。在另一方案中，因为氧气污染可以降低由原料生产构成成分的生产率，例如为铝粉末而不限于铝粉末的牺牲反应物可以添加到热混合物500中。在一个方案中，反应物可以比原料320或热混合物更易于与氧气反应。在另一方案中，反应物可以改变以根据原料而具有不同的特性。在其它各个方案中，至少一种催化剂也可添加到热混合物中，以提高生产率和/或工作效率。例如，可构思的是，催化剂可以添加到热混合物500中，以提高下述中的一个或多个液体产量、灰减少、和/或帮助气体传播控制。在各个方案中，本申请的系统100可以进一步包括至少一个喷洒头600。在一个方案中，至少一个喷洒头可以紧邻压力室的诸如上表面219的上部定位。在另一方案中，至少一个喷洒头可取向为将热混合物500向下喷洒到热混合物的池上，例如图1和图20B中所示。在其它方案中，至少一个喷洒头600可以定位在压力室中的位于压力室中的热混合物 500的池的上表面水平502上方的任意水平处。或者，在一个方案中，至少一个喷洒头可以紧邻压力室的诸如底面220的下部定位。在另一方案中，虽然热混合物朝向压力室200中的热混合物500的池的上表面的水平，至少一个喷洒头可以取向为向上喷洒热混合物，例如图9和图20A所示。在其它方案中，至少一个喷洒头可以定位在压力室中位于压力室中的热混合物500的池的上表面水平以下的任何水平处。因此，至少一个喷洒头600可以沉浸在热混合物的池中。在该方案中，沉浸的至少一个喷洒头可有助于热混合物的循环，该循环能够提供更加一致的热混合物温度分布。还可构思的是，至少一个喷洒头600可以包括位于压力室中的、在压力室中的热混合物500的池的上表面水平502以上的任何水平处的至少一个喷洒头，以及位于压力室中的、在压力室200中的热混合物的池的上表面水平502 以下的任何水平处的至少一个喷洒头。在一个方案中，热混合物分配系统602可以是导管，以将来自压力室200的热混合物通过至少一个热混合物泵210供回到压力容器。在另一方案中，热混合物分配系统602 可以将来自压力室200的热混合物通过至少一个热混合物泵210和至少一个喷洒头600供回到压力容器。在又一方案中，热混合物分配系统602可以将来自压力室200的热混合物通过至少一个热混合物泵210、至少一个热混合物供给管604和至少一个喷洒头600供回到压力容器。根据该方案，至少一个热混合物供给管可使热混合物分配系统放置为与至少一个喷洒头600流体连通。在另一方案中，如果存在多个喷洒头600，喷洒头可以在压力室200中间隔布置， 因此，多个热混合物供给管604可以在热混合物分配系统602上的不同位置处间隔开，以便提供多个喷洒头。在使用时，在一个方案中，至少一个热混合物泵210可以通过热混合物分配系统602将热混合物500泵送到至少一个喷洒头。在另一方案中，至少一个喷洒头600 可被配置为将热混合物向下喷洒到热混合物的池上和/或位于至少一个喷洒头的水平以下的任何原料320上，或者朝向热混合物的池的上表面水平502通过热混合物的池向上。用于系统100的原料可以为任何生物质和/或其它碳基材料。在一个方案中，原料可以包括木材或砍伐废弃物，诸如木屑等。在其它方案中，原料可以包括纸张、塑料、轮胎、 垃圾或污泥。在其它各个方案中，原料320可以包括油砂、油页岩、高灰分煤和/或其它类似的碳氢化合物的污染源。在其它方案中，原料可以包括不同生物质和/或其它碳基材料的任意组合。在使用时，在各个方案中，压力室200可以通过使用诸如本技术领域公知的铝等牺牲化合物来排空氧气或者使用也是本技术领域公知的诸如氮气、二氧化碳、氦气、氩气或一些这样的非活跃气体的惰性气体来替代。在一个方案中，从系统100中排空氧气对于防止热混合物500与原料320—起氧化是有必要的。在另一方案中，压力室可以通过在热解过程中生成的气体322进行增压，并且可以通过常规的压力释放阀218来调节该压力。例如， 一立方英寸的原料可气化成超过1，000立方英寸的气体，使得当受到压力释放阀限制时能够构建压力室内的压力，直到压力足以克服压力释放阀。在又一方案中，至少一个热源400 能够将热混合物加热到预定温度。原料漏斗302能够为螺旋钻螺纹304供给粗糙的原材料，并且螺旋钻螺纹能够将材料移动到每个研磨台306，在此处原料可被研磨成较小的片，直到达到其期望的稠度。经研磨的原料随后可以进入压缩区310，并且多个阻塞板318可以插入压缩门308中。螺旋钻螺纹可以继续与由多个阻塞板阻塞的压缩门转动，直到形成具有期望密度的固体形式压紧的原料的原料塞。阻塞板随后可以从压缩门去除并且由凹口 330来替代。凹口的断裂应力点332可引起反压力，以有助于原料320的压缩。同时，在原料塞被传递通过凹口时，断裂应力点可以使塞断裂，使其快速扩张而返回到进入扩展区312时的未压缩状态。为了便于此，可以增大扩展区的容积以为扩展的原料留出空间。在继扩展区之后，原料320可以进入再研磨台314，以将原料颗粒尺寸减回到期望尺寸。经过再研磨的原料随后可以通过重力供给、传送、和/或以其它方式被挤压到压力室200的原料输入端口 202。在通过原料输入端口之后，原料可以降落到压力室的内部容积中并且开始停靠在热混合物500的池上。另外，如果紧邻压力室的上部存在至少一个喷洒头600，压力室200中的原料320还可以具有从至少一个喷洒头向下喷洒到上面的热混合物。因为氧气已被去除或者其水平下降到压力室内的可接受水平，当被加热时原料中存在的碳氢化合物的至少一部分不氧化，而是将通过热解来分解成至少一种构成成分。因此， 在接触热混合物时，原料320可以开始分解为其构成成分。在另一方案中，在该点处气化的任何原料都可以通过至少一个气体输出端口 204自由地离开压力室，以便于收集和进一步处理。气体的容积及其速率可以为使得气体不能够将原料或热混合物载出任何气体输出端口。在另一方案中，已经气化并且保留在压力室200中的任何构成成分可以作为气体离开系统，如上所述。在一个方案中，离开系统100的气体504可以通过压缩而燃烧或液化。在又一方案中，可以将保留为液体的任何构成成分蒸馏出去。尚未进行处理的任何原料、不是气体的任何构成成分以及所生成的任何灰可以通过压力室200的内部容积通过至少一个热混合物泵和/或加工螺旋钻250生成的热混合物的流来承载。如之前讨论的，形成的任何灰都可以被收集在灰捕集器206中，并且作为固体保留的任何其它构成成分可被收集在灰捕集器中，或者通过过滤、去磁和/或撇取出来而从压力室中移除。在另一实施方案中，如图21所示，压力室200可被分成多个处理区250。在一个方案中，多个处理区中的每个区可以包括至少一个热源400和/或至少一个热混合物泵210， 并且可以限定至少一个气体输出端口 204。因此，在另一方案中，多个处理区250中的每个区可以在独立于其它处理区的温度下运行。在其它方案中，每个处理区还可以限定被配置为根据需要从所选的处理区中撇取或以其它方式移除任何构成成分的其它各个端口。在另一方案中，每个处理区250可以进一步包括至少一个温度传感器270和/或至少一个压力传感器272。在该方案中，至少一个压力传感器可以将表示每个处理区内的压力的信号发送到用于控制处理区内的压力的器件，例如处理器、致动器和阀等。类似地，至少一个温度传感器270可以将表示处理区250内的温度的信号发送到用于控制温度的器件，例如处理器和热源等。在一个方案中，每个处理区250的至少一部分可以由至少一个气体壁垒2M和至少一个热混合物壁垒252限定。在另一方案中，至少一个气体壁垒可以从压力室200的上表面219大致竖直地延伸出，以使至少一个气体壁垒的远侧端可以位于热混合物500的池的上表面水平502的水平以上或略上的水平处，留下了未气化原料320通过的空间。在另一方案中，至少一个热混合物壁垒252可以从压力室的底面220大致竖直地延伸出，以使至少一个气体壁垒的远侧端可以位于热混合物的池的上表面水平略微以下或持平的水平处。 在又一方案中，至少一个气体壁垒邪4可以与相应的热混合物壁垒大致共平面。在另一方案中，每个气体壁垒254的远侧端和每个相应的热混合物壁垒252的远侧端可以分离预定距离，形成至少一个贯通门(pass-through gate) 256，以允许任何未经气化的原料320被处理为从一个处理区传递到相邻的处理区。在另一方案中，所述贯通门能够防止处理区250 内的气体和/或热混合物中的至少一部分在相邻区之间传递。在另一方案中，处理区可以是大致热隔离的，但是，因为处理区通过至少一个贯通门256连通，处理区能够共享共同的压力。在另一方案中，至少一个贯通门的尺寸(每个气体壁垒254的远侧端和每个相应的热混合物壁垒252的远侧端之间的预定距离)可以从大约0. 1英寸至大约12英寸的范围中选出，例如，0. 2英寸、0. 3英寸、0. 4英寸、0. 5英寸、0. 6英寸、0. 7英寸、0. 8英寸、0. 9英寸、1. 0英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、7英寸、8英寸、9英寸、10英寸、11英寸或12英寸，但是还可以构思其它距离。在一个方案中，如果在被隔离成多个处理区250的压力室200中存在加工螺旋钻 230，区壁垒间隙通道258可以限定在加工螺旋钻的部分中，如图22所示。在该方案中，区壁垒间隙通道可以提供间隙，以使加工螺旋钻的刮板234不接触气体壁垒2M和/或热混合物壁垒252的部分。在另一方案中，可构思的是，位于每个处理区250内的至少一个热混合物泵210能够在每个处理区内循环热混合物500，以生成将原料320从一个处理区移动到相邻处理区的流。可构思的是，很可能发生原料和/或气体的一些交叉混合。还可构思的是，第一处理区(原料输入端口 202所在的处理区)可保持在最低期望温度处，并且每个连续的处理区可以具有逐渐变高的温度，直到最后的处理区，最后的处理区可以具有最高的期望温度。在一个方案中，这可允许在促进尽可能多地处理原料的同时捕获最期望碳氢化合物和/或其它构成成分的大部分容积。在使用时，在该实施方案中，如上文讨论的，压力室200可以排空氧气，并且每个区的至少一个热源400可以将每个处理区250的热混合物500加热到预定温度。每个处理区的至少一个热混合物泵210可以通过存在的各个区以及通过所述区的至少一个喷洒头 600来循环热混合物。原料输入系统300可以如之前描述的工作，以便将研磨的原料320供给到压力室的原料输入端口 202。在通过原料输入端口之后，原料可以降落到第一处理区中
14以便开始分解成至少一种构成成分。在一个方案中，在第一处理区中气化的任何原料可以经由位于该区中的至少一个气体输出端口 204离开该区，并且任何构成成分(非气体)可以根据需要经由其它各个处理区端口离开该区。尚未处理的任何原料、保留在处理区中的非气体的任何构成成分以及所生成的任何灰可以由至少一个热混合物泵和/或加工螺旋钻230生成的热混合物的流承载通过所述贯通门256，以到达相邻的处理区。可以在多个处理区250中的每个区中重复该过程。在最后的处理区中，已经形成的任何灰可以被收集到灰捕集器206中，并且作为固体或液体保留的任何其它构成成分可以通过过滤、去磁、撇取、排出、和/或通过其它去除方法从压力室中去除。在一个方案中，构成精炼系统100可被配置为能够在卡车、驳船等上运输的移动式系统。因此，在该方案中，系统可被安置在可供有原料320的位置处，例如，森林砍伐场所，从而降低了将原料传送到系统中的成本。在另一方案中，系统100可被配置为作为一个整体运送。然而，在另一方案中，系统可被配置为被分解成能够在卡车、驳船等上运输并且在期望位置处组装的部件。例如，在图23中示出了用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的方法的一个实施方案。在一个方案中，该方法可开始于步骤1000，将压力室设定为期望的温度水平、压力水平和氧气水平。另外，在步骤1000处，催化剂和反应物可任选地根据需要添加到热混合物中，以提高生产率和/或效率。在步骤1002处，可以选择原料并将其添加到原料输入系统中。在步骤1004处，可以在至少一个研磨台处研磨粗糙的原材料。如上文讨论的，至少一个研磨台可以包括多个研磨台。因此，在一个方案中，可以在多个研磨台的每个研磨台处重复研磨原料的步骤，直到获得期望的原料稠度。在步骤1006处，经研磨的原料随后可以进入压缩区，并且多个阻塞板可以插入到压缩门中以形成固体压实原料的塞。在步骤1008 处，阻塞板可从压缩门去除，而由凹口来替代，并且原料塞可以被挤压通过所述凹口。在步骤1010处，原料可以在扩展区中扩展，在步骤1012处，原料可以进入再研磨台以将原料颗粒尺寸减回到期望尺寸。在步骤1014处，经再研磨的原料随后可以通过重力作用供给、传送和/或以其它方式被挤压到压力室的原料输入端口，在此处原料可被放置为通过与热混合物池和/或从至少一个喷洒头喷洒出的热混合物相接触而与热混合物相接触。在步骤1016处，存在于原料中的碳氢化合物的至少一部分开始经历热解并且分离成至少一种构成成分。在步骤1018 处，气化的任何原料都可以通过至少一个气体输出端口离开压力室，并且作为固体或液体的任何原料成分都可以在该点处通过过滤、去磁、撇取和/或排出而被去除。如果存在多个处理区，则可以在每个处理区中重复去除期望的原料构成成分的步骤。在步骤1020处，所生成的任何灰都可以收集到灰捕集器中，在步骤1022处，可以从压力室中去除任何其它不期望的产物。该方法可以连续地重复进行，即，在原料输入系统排空并且从压力室中去除构成成分时，该方法可以再次开始于步骤1000。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不偏离本发明的范围或主旨的情况下对本发明进行各种改进和变型。在考虑说明书以及本文所公开的本发明的实践之后， 本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说是显而易见的。目的在于，说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正的范围和主旨由随附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于碳基原料的构成精炼的系统，包括压力室，其限定密封的内部容积、原料输入端口和至少一个气体输出端口 ；以及液态热混合物热传递介质，其位于所述压力室的所述内部容积内，形成具有上表面水平的热混合物传递介质池，其中，通过所述原料输入端口输入到所述压力室中的碳基原料借助于所述热混合物传递介质分解成至少一种构成成分，并且其中，至少一种气体构成成分能够通过所述至少一个气体输出端口离开所述压力室。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括与所述原料输入端口连通的原料输入系统， 其中，所述原料输入系统包括至少一个原料螺旋钻，所述原料螺旋钻被配置为旋转并挤压所述碳基原料通过所述原料输入系统并且通过所述压力室的所述原料输入端口。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述原料输入系统进一步包括至少一个研磨台和压缩门，所述研磨台被配置为在所述碳基原料被输入到所述压力室中之前将所述碳基原料研磨成更小的碳基原料片，所述压缩门位于所述至少一个研磨台和所述原料输入端口之间，其中所述压缩门能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，其中，在所述闭合位置上，防止所述碳基原料通过所述压缩门，并且其中，在所述打开位置上，所述碳基原料被所述原料螺旋钻挤压而通过所述压缩门。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述原料输入系统进一步包括压缩区，所述压缩区位于所述压缩门和所述至少一个研磨台之间，其中，当所述压缩门处于所述闭合位置上时， 所述碳基原料通过所述原料螺旋钻被压缩到所述压缩区中，以形成碳基原料塞。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述原料塞基本不透气并且不允许大气气体通过所述原料输入端口。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述原料输入系统进一步包括这样的器件，在所述碳基原料塞被挤压而通过所述压缩门时，该器件用于使所述碳基原料塞断裂。
7.如权利要求6所述的系统，其中，用于断裂的所述器件包括位于所述压缩门内的多个压缩断裂应力点。
8.如权利要求4所述的系统，其中，所述原料塞基本不透气并且不允许来自所述压力室的气体通过所述原料输入端口到达大气。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述原料输入端口和所述至少一个气体输出端口限定在所述压力室中位于所述液态热混合物传递介质池的所述上表面水平上方的位置处。
10.如权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个喷洒头，所述喷洒头紧邻所述压力室的上部定位在所述压力室中，并且被配置为将液态热混合物热传递介质向下喷洒到所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平上。
11.如权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个喷洒头，所述喷洒头紧邻所述压力室的下部定位在所述压力室中，并且被配置为朝向所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平通过所述液态热混合物传递介质向上喷洒液态热混合物热传递介质。
12.如权利要求1所述的系统，进一步包括加工螺旋钻，所述加工螺旋钻可旋转地位于所述压力室中，并且被配置为循环所述液态热混合物热传递介质，其中，所述加工螺旋钻包括根部以及从所述根部径向向外延伸的多个刮板。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述加工螺旋钻的所述根部与所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平大致平行地定位。
14.如权利要求12所述的系统，其中，所述加工螺旋钻的所述根部定位在所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平的上方。
15.如权利要求12所述的系统，其中，所述加工螺旋钻的所述根部定位在所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平的下方。
16.如权利要求12所述的系统，其中，所述加工螺旋钻进一步包括至少一个勺，所述勺与所述多个刮板中的至少一个刮板附接。
17.如权利要求15所述的系统，其中，所述至少一个勺与所述多个刮板中的至少一个刮板的远侧边缘部附接。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个勺具有大致半圆形截面形状。
19.如权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个勺大致平行于所述根部的纵轴线延伸。
20.如权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个勺相对于所述根部的纵轴线成锐角延伸。
21.如权利要求16所述的系统，其中，所述至少一个勺包括多个勺。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述多个勺在所述多个刮板中的所述至少一个刮板上等距间隔开。
23.如权利要求1所述的系统，其中，所述液态热混合物热传递介质包括铅。
24.如权利要求1所述的系统，其中，所述压力室被排空氧气，并且其中，输入到所述压力室中的所述碳基原料通过热解被分解为所述至少一种构成成分。
25.一种用于碳基原料的构成精炼的系统，包括压力室，其限定密封的内部容积、原料输入端口和至少一个气体输出端口 ； 液态热混合物热传递介质，其包括位于所述压力室的所述内部容积内的铅，形成具有上表面水平的热混合物传递介质池；原料输入系统，其与所述原料输入端口连通，其中所述原料输入系统包括 至少一个原料螺旋钻，其被配置为旋转并且挤压所述碳基原料通过所述原料输入系统并且通过所述压力室的所述原料输入端口；至少一个研磨台，其被配置为将所述碳基原料研磨成更小的碳基原料片； 压缩门，其位于所述至少一个研磨台和所述原料输入端口之间，其中，所述压缩门能够在打开位置和闭合位置之间选择性地移动，其中，在所述闭合位置上，限制所述碳基原料通过所述压缩门，并且其中，在所述打开位置上，通过所述原料螺旋钻使所述碳基原料挤压通过所述压缩门；以及压缩区，其位于所述压缩门和所述至少一个研磨台之间，其中，当所述压缩门处于所述闭合位置时，通过所述原料螺旋钻在所述压缩区中压缩所述碳基原料以形成碳基原料塞；至少一个喷洒头，其紧邻所述压力室的下部定位在所述压力室中，并且被配置为朝向所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平通过所述液态热混合物热传递介质向上喷洒液态热混合物热传递介质；加工螺旋钻，其可旋转地位于所述压力室中并且被配置为循环所述液态热混合物热传递介质，其中，所述加工螺旋钻包括根部、从所述根部径向向外延伸的多个刮板以及与所述多个刮板中的至少一个刮板附接的至少一个勺，其中，所述根部与所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平大致平行地定位，其中，所述根部位于所述液态热混合物热传递介质池的所述上表面水平的上方，其中，所述至少一个勺大致平行于所述根部的纵轴线延伸，并且其中，所述至少一个勺的截面形状为大致半圆形，其中，通过所述原料输入端口输入到所述压力室中的碳基原料借助于热解被分解成至少一种构成成分，并且其中，气体构成成分能够通过所述至少一个气体输出端口离开所述压力室。
26. 一种用于碳基原料的构成精炼的方法，包括提供限定密封内部容积、原料输入端口和至少一个气体输出端口的压力室； 提供液态热混合物热传递介质，所述液态热混合物热传递介质位于所述压力室的所述内部容积内，形成具有上表面水平的热混合物传递介质池；通过所述原料输入端口将碳基原料输入到所述压力室中，其中，通过所述热混合物传递介质将所述碳基原料分解成至少一种构成成分；以及通过所述至少一个气体输出端口从所述压力室中输出至少一种气体构成成分。
全文摘要
提供用于生物质和其它碳基材料的构成精炼的系统和方法。所述系统可被配置为接收待精炼为其构成成分的原材料，将原料研磨成期望的尺寸和/或稠度，并且将原料放置为与压力室内的热混合物热传递介质相接触。原料的热解可导致原料分解成随后能够被收集的构成成分。
文档编号B09B3/00GK102482579SQ201080026935
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者J·威廉 申请人:普莱姆集团联盟有限责任公司